激光技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用是各國(guó)研究的重點(diǎn)。隨著工業(yè)發(fā)展對(duì)高效，環(huán)保和自動(dòng)化的需求，激光技術(shù)的應(yīng)用已迅速擴(kuò)展到許多制造領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上，激光焊接工藝將成為激光應(yīng)用的重要方面之一。
激光焊接是激光加工技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，是21世紀(jì)最引人注目，最有前途的焊接技術(shù)。
早在上世紀(jì)末，歐美國(guó)家就已將激光焊接全面應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。在加快激光焊接技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，中國(guó)逐步建立了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的發(fā)展體系。個(gè)別領(lǐng)域也取得了重大突破。
隨著工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展，高效，靈活，環(huán)保的加工技術(shù)將受到青睞。激光焊接采用高能束聚焦方式，可以實(shí)現(xiàn)焊接過程中難以實(shí)現(xiàn)的深度焊接，快速焊接等焊接工藝，特別是激光焊接設(shè)備靈活，實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)為了大規(guī)模生產(chǎn)自動(dòng)化，大量激光焊接生產(chǎn)線已投入工業(yè)生產(chǎn)。
實(shí)踐證明，激光焊接廣泛應(yīng)用于加工行業(yè)。基本上，可以使用傳統(tǒng)焊接技術(shù)領(lǐng)域，可以勝任激光焊接，焊接質(zhì)量更高，加工效率更快。
采用激光技術(shù)的焊接技術(shù)
激光焊接是利用激光的輻射能量實(shí)現(xiàn)有效焊接的過程。其工作原理是：以特定方式激發(fā)激光活性介質(zhì)（如CO2和其他氣體的混合物，YAG釔鋁石榴石晶體等）。腔中的往復(fù)振蕩形成受激輻射束。當(dāng)梁與工件接觸時(shí)，其能量被工件吸收，并且當(dāng)溫度達(dá)到材料的熔點(diǎn)時(shí)可以進(jìn)行焊接。
1.激光焊接模式
激光焊接可分為導(dǎo)熱焊接和深熔焊接。前一種熱量通過熱傳導(dǎo)擴(kuò)散到工件內(nèi)部，只有焊縫表面熔化。工件內(nèi)部未完全穿透，基本上不發(fā)生汽化，主要用于低速薄壁。材料的焊接;后者不僅完全穿透材料，而且蒸發(fā)材料以形成大量的等離子體。由于大的熱量，在熔池的前端發(fā)生鎖孔現(xiàn)象。
深穿透焊接可以徹底穿透工件。具有高輸入能量和快速焊接速度，是最廣泛使用的激光焊接模式。
2.激光焊接的焊縫形狀和微觀結(jié)構(gòu)
由于激光產(chǎn)生的光斑尺寸較小，焊縫周圍的熱影響區(qū)比普通焊接工藝小得多，激光焊接一般不需要填充金屬，因此焊縫表面是連續(xù)均勻的，外表很美。諸如孔隙和裂縫之類的表面缺陷非常適用于焊縫輪廓至關(guān)重要的應(yīng)用。盡管聚焦區(qū)域相對(duì)較小，但激光束的能量密度很大（通常為103至108W / cm2）。
在焊接過程中，金屬被非?？焖俚丶訜岷屠鋮s。熔池周圍的溫度梯度相對(duì)較大，因此接合強(qiáng)度通常高于基底金屬的接合強(qiáng)度。相反，關(guān)節(jié)可塑性相對(duì)較低。目前，雙焦點(diǎn)技術(shù)或復(fù)合焊接技術(shù)可以提高接頭質(zhì)量。
3.激光焊接的優(yōu)缺點(diǎn)
激光焊接如此受重視的原因在于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：
1.激光焊接可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的接頭強(qiáng)度和大的縱橫比，焊接速度更快。
2.由于激光焊接不需要真空環(huán)境，因此可以通過透鏡和光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化生產(chǎn)。
3.激光具有較大的功率密度，對(duì)難以焊接的材料（如鈦，石英等）具有良好的焊接效果，可焊接不同性能的材料。
當(dāng)然，激光焊接也有缺點(diǎn)：
1.激光和焊接系統(tǒng)部件較貴，因此初期投資和維護(hù)成本高于傳統(tǒng)焊接工藝，經(jīng)濟(jì)效益差。
2.由于固體材料對(duì)激光的吸收率低，特別是在等離子體出現(xiàn)后（等離子體對(duì)激光具有吸收效應(yīng)），激光焊接的轉(zhuǎn)換效率通常較低（通常為5％至30％）。
3.由于激光焊接焦點(diǎn)小，工件接頭設(shè)備精度高，設(shè)備偏差小，加工誤差大。
隨著激光焊接的普及和激光器的商業(yè)化生產(chǎn)，激光設(shè)備的價(jià)格大幅下降。高功率激光器的發(fā)展以及新型復(fù)合焊接方法的開發(fā)和應(yīng)用也改善了激光焊接轉(zhuǎn)換效率的缺點(diǎn)。據(jù)信，在不久的將來，激光焊接將逐步取代傳統(tǒng)的焊接工藝（如電弧焊和電阻焊）。成為工業(yè)焊接的主要方式。作為一種新型材料，不銹鋼由于其耐腐蝕性和可成形性而被廣泛應(yīng)用于航空航天，汽車零部件等領(lǐng)域。激光焊接在不銹鋼中的應(yīng)用占有非常重要的地位，特別是在汽車工業(yè)中，車身全部通過焊接連接。但是，由于諸多因素，不銹鋼板焊接存在變形問題，控制難度大，不利于相關(guān)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。因此，加強(qiáng)對(duì)不銹鋼板激光焊接變形的研究具有重要意義。
焊接變形的危害及影響焊接變形的主要因素
影響焊接變形的主要因素是焊接電流，脈沖寬度和頻率。隨著焊接電流的增加，焊縫寬度增大，飛濺現(xiàn)象逐漸發(fā)生，導(dǎo)致焊縫表面氧化變形，并伴有粗糙感;當(dāng)脈沖寬度達(dá)到一定水平時(shí)，脈沖寬度增加，使焊接接頭的強(qiáng)度增加。材料表面上的傳熱能量消耗也增加。蒸發(fā)導(dǎo)致液體濺出熔池，導(dǎo)致焊點(diǎn)的橫截面積小，從而影響接頭強(qiáng)度。焊接頻率對(duì)不銹鋼板焊接變形的影響與鋼板的厚度密切相關(guān)。對(duì)于0.5mm不銹鋼板，當(dāng)頻率達(dá)到2Hz時(shí)，焊接重疊率較高;當(dāng)頻率達(dá)到5Hz時(shí)，焊縫嚴(yán)重?zé)齻?，熱影響區(qū)域變寬，變形大。可以看出，加強(qiáng)焊接變形的有效控制勢(shì)在必行。
3.有效對(duì)策避免激光焊接變形
為了減少激光焊接變形的問題，提高不銹鋼板的焊接質(zhì)量，我們可以從優(yōu)化焊接工藝參數(shù)入手。具體操作方法如下：
3.1積極引入正交試驗(yàn)正交試驗(yàn)主要是指通過正交表分析和排列多因素實(shí)驗(yàn)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。它可以使用較少的試驗(yàn)來獲得有效的結(jié)果并推斷最佳實(shí)施。同時(shí)，還可以進(jìn)行深入分析，獲取更多相關(guān)信息，并為具體工作提供基礎(chǔ)。通常，選擇焊接電流，脈沖寬度和激光頻率作為要研究的關(guān)鍵對(duì)象。焊接變形被視為指標(biāo)，其被控制到最小值，并且遵循合理的原則，并且因子水平被控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。對(duì)于厚度為0.5 mm的不銹鋼板，電流可控制在80到96 I / A之間;頻率在2到5 f / Hz之間。
3.2正交表的選擇
在正常情況下，測(cè)試因子的數(shù)量應(yīng)與正交表中的級(jí)別數(shù)一致。因子的數(shù)量應(yīng)小于正交表中的列數(shù)。正交表的合理設(shè)計(jì)可以為后續(xù)的研究工作提供相應(yīng)的支持和幫助。
3.3測(cè)試結(jié)果范圍分析
根據(jù)厚度為0.5mm的不銹鋼板的試驗(yàn)結(jié)果，各柱的極差不相等，證明每個(gè)元件的不同水平具有特殊的特性，且影響不一樣。激光焊接變形的影響是電流，脈沖寬度和頻率，綜合因素，激光最佳焊接工藝參數(shù)應(yīng)由電流85A控制，脈沖寬度7ms，頻率3Hz，控制焊接參數(shù)三個(gè)值可以保證最小厚度為0.5mm的不銹鋼板焊接變形。
對(duì)于不銹鋼板厚度為0.8 mm的不銹鋼板，當(dāng)變形最小化時(shí)，電流，脈沖寬度和頻率等參數(shù)應(yīng)分別控制在124 A，8 ms和4 Hz。焊縫的抗拉強(qiáng)度。厚度為1mm的不銹鋼板分別為160A，11MS和5Hz。在激光焊接過程中，焊接人員將參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)，既可以提高焊接質(zhì)量和效率，又可以避免鋼板變形，滿足生產(chǎn)要求。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，焊接變形技術(shù)的控制也得到了發(fā)展，如有限元模擬在焊接變形控制等方面的應(yīng)用，通過焊接溫度和應(yīng)力避免焊接變形問題，提高了焊接變形技術(shù)。不銹鋼板的應(yīng)力平衡，避免鋼板焊接變形的同時(shí)，還可以提高焊接質(zhì)量，促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的健康發(fā)展。